現代汽車新的安全技術論文

　　1 現代汽車安全性能

　　現代汽車安全性能是指通過信息技術的應用，使汽車在行駛中能更好地避免或減緩事故，以保障交通參與者人身和財產安全的特性。汽車的安全性能分為主動安全性能和被動安全性能。事實上，安全性能好的汽車，往往可以避免事故的發生或減少人員傷亡和財產損失的程度，由此可見，安全、舒適的交通環境，汽車的安全性能是重要的因素。從某種意義上說，汽車的安全能性能甚至超出了技術的本身，已成為一個重要的社會問題。

　　2 汽車主動安全性能及裝置

　　2.1 車身穩定控制系統

　　車身穩定控制系統是在汽車制動防抱死系統（ABS）和牽引力控制系統（TCS）功能的基礎上，增加了汽車在轉彎運行時橫擺率傳感器、側向加速度傳感器和方向盤轉角傳感器等裝置，通過行車電腦控制車輪驅動力和制動力的大小，以確保汽車運行時的側向穩定性。裝有電子穩定程序的汽車也會同時具備驅動防滑系統、電子防滑差速器、防抱死制動系統的功能。當駕駛人操縱的汽車運行數據超過極限值時，由計算機、信息處理和執行機構組成的ESP系統會自動輔助駕駛人進行操作修正，從而確保行車安全[1]。其主要是通過控制發動機節氣門的開度來控制輸出轉矩來調節車速，或者通過對某些車輪的制動，讓車速減緩到可控制的速度范圍內。行車電腦主要通過轉向盤的轉向角度傳感器、車輪轉速傳感器、側傾力矩傳感器等來判斷汽車的行駛狀況。即：轉向角度傳感器會適時將檢測到的轉向角度，車輪轉速傳感器會將其檢測到的車輪轉速傳給ESP，行車電腦會根據各個車輪的轉速換算出汽車運行軌跡，并與存儲器里理論的運動軌跡進行對比判斷，若檢測出某個車輪喪失附著力，行車電腦就會通過執行元件減小節氣門的開度，然后通過制動系統對某個車輪進行制動，來修正運動軌跡；當電腦判斷出實際運動軌跡與理論運動軌跡一致時，ESP系統就會自動解除控制。該系統就是在車輛運行的緊急情況下幫助駕駛人保持對車輛的控制[2]。

　　2.2 疲勞駕駛預警系統

　　每個駕駛人都會經歷受睡眠不足、路況單一、長時間駕駛或其他惡劣天氣條件等交通環境影響而導致駕駛疲勞的情況。據統計，60%以上的交通傷亡事故是因疲勞駕駛造成的。經研究，在行車危機發生之前，基于車輛行駛狀態和駕駛人生理特性，駕駛人的疲勞跡象是可以通過技術手段來檢測的。如：駕駛速度、道路標識線的位置、操作情況和方向盤的受力變化等來判斷駕駛人的疲勞程度。疲勞駕駛預警系統由行車電腦和攝像頭兩大模塊組成，基于駕駛人生理圖像反應，通過駕駛人眼睛閉合時間變化、視線凝視方向改變、打哈欠等面部特征和頭部運動規律等生理節律與事先儲存在行車電腦里的相應數據相對比，來判斷駕駛人行車疲勞狀況，并進行報警提示和采取相應措施的主動智能安全系統[3]。

　　2.2.1 疲勞駕駛提醒系統

　　該系統會自動記錄駕駛人正常駕車時的操作行為等信息，并與車輛實時運行的操作變化進行識別對比。比如，當出現轉向操作頻率變低并伴隨著急促的轉向時，是駕駛精力分散的集中表現。在綜合行車里程和連續駕車時間等其他參數，系統會對駕駛人的疲勞強度進行計算和鑒別并通過儀表盤上的閃爍圖標或語音作出提醒。

　　2.2.2 注意力輔助系統

　　該系統是靠安裝在車輛上的幾十個傳感器檢測到的車輛高速行駛時車輪縱向和橫向加速度，方向盤轉動的角度、轉向燈和踏板的使用頻率，甚至在側風的變化和崎嶇不平的路面等情況下采集到的行車信息，與系統存儲的正常情況下的行車記錄信息和駕車習慣行為等信息進行對比，從而判斷駕駛人的注意力是否集中，身體是否疲勞。比如：駕駛人打盹時會輕打方向盤，然后又會下意識地及時修正，這是疲勞的特征表現之一。當系統感知到駕駛人正處于精力分散或疲勞駕駛時，行車電腦會發出儀表盤上的圖文提示或語音提示。

　　2.2.3 駕駛人安全警告系統

　　車輛在行駛中，特別是在平直的道路上行車時，容易使司機進入精神放松狀態，若出現分神打盹或行車時速超過65公里時，駕駛人安全警告系統均會被自動激活。其原理是：由一個裝在風擋和車內后視鏡之間的攝像頭發出的信號及車輛行駛的輪跡動態數據，行車電腦會計算出實時線路與車道標識線之間的距離，并與儲存在行車電腦的駕駛人正常駕駛風格的數據進行判斷和對比，如果檢測到較大的差異數據并判斷有疲態或分心的跡象，評估的結輪處于高風險狀態時，系統就通過儀表盤上的圖像提醒或聲音信號向駕駛人發出警示信息。

　　2.3 汽車防撞安全新技術

　　防撞控制系統是利用光線、激光、或超聲波通過傳感器檢測汽車與障礙物間的距離信息及車速傳感器和車輪傳感器收集到的數據信息一起輸入電控系統，通過行車電腦計算出車輛與障礙物的實際距離及相對速度，從而顯示接近距離并發出預警信號。當要發生碰撞時，行車電腦及時對節氣門控制單元和剎車裝置輸出控制信號，使發動機降速或行車制動，以避免碰撞事故的發生。當汽車點火開關打開，行車電腦根據變速桿所處檔位，顯示屏上會顯示路況圖像。激光雷達是靠接受被測物體返回激光的時間差來計算車輛與被測物體間的距離，根據光的反射特性，將光元件接收到的光通量釋放的電流值轉換為圖像信號輸出，測出車輛前部與障礙物穩定的較長距離，在車輛的側部和后部檢出的距離與實際相比變短。超聲波傳感器的原理是利用日常的回聲現象制成的倒車聲吶系統，倒車時靠超聲波檢測與后方障礙物的距離，并通過指示燈、圖像或蜂鳴聲對駕駛人進行提醒。電磁波傳感器是采用電磁震蕩原理，通過發射電磁波信息來檢測車輛周圍有無障礙物并提示駕駛人的一種電子裝置。新型光學防撞傳感器，可實現輔助制動功能。能在汽車追尾危險時輔助駕駛人及時制動，特別在低速行駛時完全可避免主動追尾事故的發生，該系統可掃描左右前方10米的區域范圍，當檢測出物體時，光學傳感器隨即發出信號并返回，此時安裝在內視鏡旁的發射接收裝置會接收該信號并計算出物體與車輛的距離，以及車輛的接近速度[4]。

　　3 汽車被動安全性能與裝置

　　3.1 汽車的吸能結構及裝置

　　汽車的結構吸能是一旦發生交通事故，靠科學合理設計的車身結構來吸收因撞擊而產生的大部分沖擊能量，從而盡可能保證車內座艙空間，不擠傷駕乘人員的能力。在現代汽車的結構設計中，

　　（1）通常采用計算機輔助設計工程和有限元分析的設計方法，使車頭結構擁有一個可變形而吸收能量的能力，座艙和車身有一個有足夠強度且形狀穩定的設計理念，從而使汽車頭部抵抗變形的能力小于座艙；

　　（2）在受撞擊易變形的車門夾層之間增裝高強度Y型鋼架梁，提高車門的抗扭強度，以減少車體受撞擊時的變形，從而保障駕乘人員的安全；

　　（3）采用吸能轉向柱裝置，在汽車發生正面碰撞時，為避免因車頭變形而引起的方向盤連同轉向軸向駕駛人方向移動對駕駛人造成傷害，通常在設計時降低轉向軸下端的剛度，當車輛碰撞時產生應力集中，使轉向軸下端發生彎曲變形，轉向柱在吸收沖擊能量時使方向盤產生向前和向下運動的趨勢，以盡可能保證駕駛人的安全；

　　（4）客艙內座椅、儀表盤等附件的表面應光滑，裝飾物的材質柔軟，避免用尖角零部件，從而減少事故時的傷害；

　　（5）車用玻璃選用受碰撞后只裂不碎，或不呈尖角的新材料，以減少車輛碰撞時對人的傷害[5]。

　　3.2 行人安全保護系統

　　（1）汽車發動機艙蓋機械系統。該系統是汽車發生碰撞時能瞬時變形鼓起，在艙蓋和蒼內部件之間形成吸能區，把汽車撞向行人的動能轉化成艙蓋變形和提升機器蓋的能量，同時使被撞的人體與柔性圓滑面上接觸，盡可能減少對行人的傷害。當然，只有把發動機蓋下各部件的能量吸收相協調才能最大限度地保護行人安全。（2）行人安全氣囊系統。該系統一般由發動機艙蓋氣囊和前圍安全氣囊組成，艙蓋氣囊安裝在保險杠上方，由碰撞預警傳感器控制，在撞擊瞬間通常是50-75毫秒內就能彈出并完成充氣。能確保氣囊展開后與汽車前端輪廓一致，以免在猛烈撞擊下行人和駕乘人員受到更大傷害；當傳感器探測到行人與汽車保險杠發生初始撞擊后彈出，兩個前圍安全氣囊能將汽車前部的整個寬帶覆蓋，主要防止和減少行人被甩到發動機艙蓋上滾向車窗受到的二次傷害。

　　3.3 安全氣囊

　　車內安全氣囊對行車安全的作用不言而喻，當汽車發生碰撞時，車內感應模塊通過行車電腦對信號快速做出處理，當發生碰撞的沖擊力超出安全帶的保護能力時，便以1/100秒的速度釋放氣囊，使乘員的頭部、胸部與較為柔軟的氣囊接觸，從而減輕撞擊對車內乘員的傷害，而且汽車安全氣囊不僅僅局限于駕駛人位置，使汽車安全性能大大提高[6]。

　　3.4 膨脹式安全帶

　　當汽車受到特別大的碰撞沖擊時，為避免安全帶勒傷乘客的情形，設計者在原先設計好的安全帶中預置一個帶感知裝置的安全氣囊，當安全帶產生緊束動作時該氣囊也同時充氣形成彈性空間，從而更好地保護駕車人員免受傷害。

　　3.5 主動頭頸保護系統

　　當車輛受到后車追尾撞擊時，頭部相對于身體的劇烈晃動，最容易受到傷害的部位是駕乘人員的頸椎。當車輛遭受追尾撞擊時，安裝在汽車座椅上的頭頸保護氣囊就會迅速充氣膨脹，在靠背后傾的同時，駕乘人員的整個背部會與安全氣囊貼在一起，以最大限度地減少頭部向前甩的沖力，隨著椅背和頭枕的水平移動，使身體得到輕柔、均衡的支撐保護，以減緩頭頸免受較強的沖擊和傷害。

　　4 結語

　　總之，基于“信息物理系統”的工業4.0時代的到來，汽車新技術的運用，新結構的變化，始終會圍繞著改善汽車安全性能這個永恒的主題來展開。隨著汽車與互聯網的關系越來越緊密，更舒適、更安全的智慧汽車是人們追求的目標。

　　參考文獻

　　[1]劉國濤.汽車主動安全技術探討.科技信息，科技信息，2012（11）：140.

　　[2]成婷婷.智能汽車主動避撞的一些控制方法研究[D].山西大學，2011.

　　[3]張偉.G市道路交通事故預防對策研究[D].蘭州大學，2011.

　　[4]王芮.汽車未來的發展趨勢[J].企業技術開發，企業技術開發月刊，2011（7）：124.

　　[5]黃寧軍.發展中的汽車主動安全技術[J].汽車工業研究，2000（5）：35-37.

　　[6]余文明，孫根勝.現代汽車電子控制技術的應用及發展趨勢[J].上海汽車，2003（3）：38-40.

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